Механізм дії ферментів

Ферменти (ензими) - це високомолекулярні органічні сполуки білкової природи, які виконують в організмі роль біологічних каталізаторів.

Механізм дії ферментів

З'ясування механізмів, що лежать в основі каталітичного дії ензимів, є однією з фундаментальних завдань і актуальних проблем не тільки ензимології, але і сучасної біохімії та молекулярної біології.

Задовго до того, як стали доступні чисті ферменти і була з'ясована їх природа, склалося переконання, що вирішальне значення для здійснення ферментативного процесу має з'єднання ферменту з субстратом. Спроби виявити комплексне з'єднання ферменту з субстратом довгий час не приводили до успіху, оскільки такий комплекс лабільний, він дуже швидко розпадається. Використання методу спектроскопії дало можливість виявити фермент-субстратні комплекси для каталази, пероксидази, алкогольдегідрогенази, флавинзависимых ферментів.

Метод рентгеноструктурного аналізу дозволив отримати багато важливих відомостей про структуру і каталітичних механізми дії ферментів. Цей метод був використаний для встановлення зв'язку аналогів субстрату з ферментами лізоцимом і химотрипсином.

Деякі прямі докази існування ензим-субстратних комплексів вдалося отримати для випадків, коли на одній із стадій каталітичного циклу фермент виявляється пов'язаним з субстратом ковалентним зв'язком. Як приклад може служити реакція гідролізу n-нитрофенилацетата, що каталізується химотрипсином. При змішуванні ферменту з цим ефіром хімотрипсин ацетилируется за гідроксильної групи реакційно-здатного залишку серину. Ця стадія протікає швидко, проте гідроліз ацетилхимотрипсина з утворенням ацетату і свобідною хімотрипсину йде значно повільніше. Тому в присутності n-нитрофенилацетата накопичується ацетилхимотрипсин, який легко виявити.

Більше:

Перший штучний супутник Землі

Перший штучний супутник Землі є одним з найбільших досягнень науки ХХ століття. Тим не менш, як це ні парадоксально, цьому великому науковому і технічному досягненню значною мірою сприяла холодна війна між двома наддержавами: США і Радянським Союзом....

Що таке соціалізація, і як вона змінює людину

Спробуємо розібратися, що таке соціалізація, в чому її сутність і особливість. Адже для кожної особистості входження у суспільство і засвоєння його основних норм є фундаментом до подальшої безпроблемною і успішного життя і діяльності. Отже, що таке с...

Принц Чарльз – головний спадкоємець британського престолу

Згідно із законом королівства Великобританія, спадкоємець британського престолу - це старший закононароджена син чинного монарха або ж попереднього претендента на престол. Однак якщо у царюючого особи немає дитини чоловічої статі, то право спадкуванн...

Наявність субстрату у складі ферменту можна «вловити» шляхом перекладу нестійкого комплексу ЄС в неактивну форму, наприклад, обробкою фермент-субстратного комплексу боргідрідом натрію, що володіє сильним відновлювальним дією. Подібний комплекс у вигляді стійкого ковалентного похідного був виявлений в ферменті альдолазе. Виявилося, що з молекулою субстрату взаємодіє е-аміногрупа лізину.

Субстрат взаємодіє з ферментом в певній частині, яка називається активним центром, або активною зоною ферменту.

Під активним центром, або активною зоною, розуміють ту частину молекули ферментного білка, яка з'єднується з субстратом (і кофактором) і обумовлює ферментативні властивості молекули. Активний центр визначає специфічність та каталітичну активність ферменту та має представляти собою структуру певною мірою складності, пристосовану для тісного зближення і взаємодії з молекулою субстрату або її частинами, що безпосередньо беруть участь у реакції.

Серед функціональних груп розрізняють входять до складу «каталітично активного» ділянки ферменту і утворюють ділянку, що забезпечує специфічна спорідненість (зв'язування субстрата з ферментом) — так званий контактний, або «якірний» (або адсорбційний ділянку активного центру ферменту).

Механізм дії ензимів пояснює теорія Міхаеліса-Ментен. Згідно з цією теорією, процес відбувається у чотири етапи.

Механізм дії ферментів: I етап

Між субстратом (С) і ензимом (Е) виникає зв'язок – утворюється фермент-субстратний комплекс ЄС, в якому компоненти пов'язані між собою ковалентными, іонними, водними та іншими зв'язками.

Механізм дії ферментів: ІІ етап

Субстрат під впливом приєднаного ферменту активується і стає доступним для відповідних реакцій каталізу ЄС.

Механізм дії ферментів: ІІІ етап

Вчиняється каталіз ЄС. Ця теорія підтверджена експериментальними дослідженнями.

І нарешті, IV стадія характеризується звільненням молекули ферменту Е і продуктів реакції Р. Послідовність перетворень можна відобразити так: Е+З – ЄС – ЄС* - Е+Р.

Специфічність дії ферментів

Кожен ензим діє на певний субстрат або групу речовин, які подібні по своїй структурі. Специфічність дії ферментів пояснюється схожістю конфігурації активного центру та субстрата. У процесі взаємодії  утворюється фермент-субстратний комплекс.